Vedoucí: Mgr. Martina Janoušková, PhD.

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace

Studium mykorhizních symbióz má v Botanickém ústavu více než dvacetiletou tradici, od roku 2003 v rámci samostatného oddělení.

Naším tradičním tématem je vliv arbuskulární mykorhizy na růst rostlin v degradovaných půdách. Zajímá nás však i diverzita a role arbuskulární mykorhizy v přirozených ekosystémech, věnujeme se mykorhize erikoidní, ektomykorhize a interakci mykorhizních hub s půdními saprofytickými houbami.

Kompletní informace o našem oddělení získáte na na adrese: https://www.ibot.cas.cz/mykosym

Výzkumná témata

• Vztah mezi strukturou a funkcí společenstev arbuskulárně mykorhizních hub
• Zpětná vazba mezi rostlinou a půdou (Plant-soil feedback, PSF)
• Fungování arbuskulární mykorhizní symbiózy za sucha
• Arbuskulárně mykorhizní houby v orných půdách
• Interakce mezi arbuskulárně mykorhizními a ektomykorhizními houbami a jejich hostitelskými rostlinami
• Studium hub pomocí molekulárních metod
• Valorizace biomasy rostlin pro nutraceutické a kosmetické produkty
• Využití mikrobiálních inokulací na bázi bakterií půdních hub a řas pro pěstování rostlin v pouštním prostředí

Vybrané výsledky z posledních let

2024

1/ Význam mykorhizní symbiózy pro příjem fosforu rostlinami vynikne zejména při nedostatku vody v půdě, část II – Enzymatická reakce uvnitř kořenů.

Půdní sucho snižuje difuzivitu fosforu v půdě, což arbuskulární mykorhizní (AM) houby mohou do jisté míry kompenzovat. Nedávno jsme na gradientu půdní vlhkosti ukázali, že AM houby účinně dodávají fosfor rostlinám v podmínkách sucha z oblastí mimo přímý dosah kořenů. V navazujícím experimentu jsme pomocí histochemického barvení zkoumali, jak půdní sucho ovlivňuje místa aktivní výměny fosforu mezi rostlinami a AM houbami uvnitř jejich kořenů. Aktivita alkalické fosfatázy (ALP), zjištěná v houbových strukturách v kořenech, je markerem přenosu fosforu z hub do rostlin, a tedy ukazatelem symbiotické aktivity AM hub. Vytvořením gradientu půdní vlhkosti jsme zjistili, že aktivita ALP výrazně klesá s klesajícím vodním potenciálem půdy a xylému, tedy s vysycháním půdy. Pokles aktivity ALP s rostoucí intenzitou sucha měl za následek zmenšení rozdílu v koncentraci fosforu v mykorhizních rostlinách ve srovnání s nemykorhizními rostlinami. To znamená, že půdní sucho může omezovat výhodu v příjmu živin, které rostliny mají díky symbióze s AM houbami.

• Bitterlich M,, Jansa J., Graefe J., Pauwels R., Sudová R., Rydlová J. & Püschel D. 2024: Drought accentuates the role of mycorrhiza in phosphorus uptake, part II – The intraradical enzymatic response. Soil Biology & Biochemistry 193, 1 – 8. doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109414

Při skleníkovém pokusu s keříčkovými rajčaty (A) byla pravidelně měřena půdní vlhkost vlhkoměrem využívajícím metodu TDR – time domain reflectometry (B). Vlhkost v květináčích pak byla upravována pro vytvoření požadovaného gradientu. Během sklizně rostlin se měřil vodní potenciál rostlin pomocí Scholanderovy komory (C).

---

2/ Heterogenita prostředí strukturuje houbová společenstva vázaná na kořeny lýkovce slovenského Daphne arbuscula (Thymelaeaceae)

Mikroskopická pozorování a molekulární analýzy společenstev hub kořenů lýkovce Daphne arbuscula, západokarpatského endemického keře rostoucího na skalách, odhalila rozsáhlou kolonizaci různými taxonomickými a ekologickými skupinami hub, včetně rostlinných patogenů, endofytů ze skupiny DSE a arbuskulárně mykorhizních hub. Tato houbová společenstva se významně lišila v souvislosti s mikroklimatem. Na teplejších stanovištích převažovaly rostlinné patogeny, zatímco chladnější stanoviště se vyznačovala dominancí DSE. Tato diverzifikace mykobiomu, pravděpodobně vyvolaná prostředím, naznačuje, že populace D. arbuscula mohou být v teplejších oblastech zranitelnější vůči houbovým chorobám, zejména v souvislosti s globální změnou klimatu.

• Gajdošová Z., Caboň M., Kolaříková Z., Sudová R., Rydlová J., Turisová I., Turis P., Kučera J. & Slovák M. 2024: Environmental heterogeneity structures root-associated fungal communities in Daphne arbuscula (Thymelaeaceae), a shrub adapted to extreme rocky habitats. Molecular Ecology 33, 1 – 18. doi:10.1111/mec.17441

 

Houbová kolonizace v kořenech lýkovce slovenského Daphne arbuscula. (a-c) Arbuskulární mykorhizní houby (AMF), (d) tmavé přepážkované endofytní houby (DSE). Měřítko = 100 μm. Všechny kořeny byly obarveny trypanovou modří. Fotografie byly pořízeny fotoaparátem Olympus DP70 připojeným ke světelnému mikroskopu Olympus BX60. Zkratky: a – arbuskule, h – hyfy, v – vezikuly, ms – mikrosklerocium.

---

3/ Nová epifytická houbová symbióza v kořenech indopacifické mořské trávy Thalassodendron ciliatum z Rudého moře

Mořské trávy jsou cévnaté rostliny, které žijí zcela ponořené v mořském prostředí a jsou klíčové pro příbřežní ekosystémy a ukládání modrého uhlíku. Na rozdíl od většiny suchozemských rostlin nevytvářejí mykorhizní symbiózy, i když byly ve jejich kořenech pozorovány houby. Naše studie popisuje novou symbiózu kořenů a hub u druhu Thalassodendron ciliatum, vysoce produktivní mořské trávy z Rudého moře, která se vyznačuje hyfovými plášti tvořenými tmavými přepážkovanými houbami a morfologicky připomíná některé symbiózy běžné v kořenech suchozemských rostlin. Klonování DNA identifikovalo různorodé houbové komunity, přičemž bylo nalezeno mnoho saprotrofních a patogenních druhů, ale žádná jasná spojitost se známými mykorhizními houbami. Tento objev rozšiřuje naše chápání vztahů mezi houbami a mořskými trávami, naznačuje, že tyto symbiózy jsou častější, než se dosud myslelo, a že mohou zlepšit příjem živin v oligotrofních prostředích. Další výzkum je potřebný k prozkoumání jejich ekologických funkcí a rolí v mořském uhlíkovém cyklu, což může přinést nové poznatky o tom, jak mořské trávy udržují produktivitu v podmínkách s nízkým obsahem živin.

• Vohník M, Josefiová J (2024) Novel epiphytic root-fungus symbiosis in the Indo-Pacific seagrass Thalassodendron ciliatum from the Red Sea. Mycorrhiza 34:447–461. doi.org/10.1007/s00572-024-01161-9

Typické rysy nové houbové symbiózy v kořenech Thalassodendron ciliatum. (A) Přerušovaný myceliální plášť na povrchu kořene. Měřítko = 20 µm. (B) Tmavé přepážkované hyfy rostoucí na povrchu kořene buď jednotlivě, nebo paralelně připojené k sobě, postupně vytvářející pseudoparenchymatické pletivo (šipky). Měřítko = 50 µm. (C) Myceliální plášť (hvězdička) rozšiřující se na bazální části kořenových vlásků (šipky). Měřítko = 50 µm. (D) Jako v C. Měřítko = 100 µm. (E) Příčný řez kořenem s kořenovými vlásky a charakteristickou houbovou kolonizací na povrchu kořene (šipky). Měřítko = 200 µm. (F) Detail z E. Měřítko = 20 µm. (G) Příčný řez kořenem s rudimenty myceliálních plášťů (šipky) doprovázený neidentifikovanou látkou, pravděpodobně houbového původu (hroty šipek). Všimněte si aerenchymu (a) a rhizodermálních buňek pravděpodobně vyplněných fenolickými látkami (některé označené hvězdičkami). Měřítko = 50 µm. (H) Myceliální plášť (hvězdička) pokrývající povrch kořene je na levé části fotografie odtržen a zanechává otisky v neidentifikované látce (šipka). Všimněte si hyf s viditelnými přepážkami na povrchu pláště (hroty šipek) a dutiny po odtrženém kořenovém vlásku, obklopené houbovými hyfami v pravém horním rohu fotografie. Měřítko = 50 µm. (K) Jako v H. Měřítko = 50 µm.

 

2023

1/ Mykorhizní symbióza je pro příjem dusíku rostlinami prospěšná nejen při dostatku vody v půdě, ale i za výrazného sucha

V nádobovém pokusu byly modelové rostliny rajčat (Solanum lycopersicum, cv. ‘Micro Tom’) pěstovány buďto za přítomnosti arbuskulární mykorhizní houby (M; inokulováno izolátem Rhizophagus irregularis), nebo jako nemykorhizní (NM), a to na gradientu půdní vlhkosti od hojnosti až po deficit způsobující vadnutí rostlin. Do tohoto systému byla následně umístěna nylonová „kapsa“ zabraňující prorůstání kořenů, ale umožňující průchod vláknům mykorhizních hub. Kapsa obsahovala substrát se zdrojem izotopicky značeného dusíku (N) buďto v anorganické (¹⁵NH₄Cl), nebo v organické formě (jetelová biomasa značená ¹⁵N). Tento systém umožnil kvantifikovat okamžitý příjem dusíku rostlinami za dané vlhkosti půdního prostředí, a současně ho odlišit od dlouhodobého kumulativního příjmu. Ukázalo se, že M rostliny dokázaly získat dramaticky více ¹⁵N z obou typů zdrojů, než jak tomu bylo u NM rostlin, a to napříč celým gradientem vlhkosti (byť se u extrémně nízké vlhkosti příjem ¹⁵N snižoval). Studie tak ilustruje, že mykorhizní symbióza může rostlinám přinášet významnou výhodu v příjmu dusíků ze zdrojů nepřístupných přímo jejich kořenům, a to na širokém spektru půdní vlhkosti.

Spolupracující subjekt: Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i., Humboldt-Universität, Berlin, Germany

• Püschel D., Bitterlich M., Rydlová J., Bukovská P., Sudová R. & Jansa J. 2023: Benefits in plant N uptake via the mycorrhizal pathway in ample soil moisture persist under severe drought. Soil Biology & Biochemistry 187, 1 – 11. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2023.109220

 
Skleníkový nádobový pokus studující mykorhizní příjem dusíku rostlinami na gradientu půdní vlhkosti. Víčka zakrývají trubice pro měření půdní vlhkosti pomocí sondy pracující bez přímého kontaktu s půdou, nylonové sítě ohraničují kapsu s anorganickým nebo organickým zdrojem dusíku ¹⁵N.

---

2/ Přemístěná společenstva arbuskulárně mykorhizních hub přetrvávají v nových půdně klimatických podmínkách

Studie zkoumá stabilitu a adaptabilitu společenstev arbuskulárně mykorhizních hub (AMH) při přenosu do nových půdních a klimatických podmínek na výškovém gradientu v severní Arizoně. Na dvou ekotypech běžné lokální trávy Bouteloua gracilis jsme hodnotili vliv počátečního inokula, půdy a klimatu na složení, diverzitu a schopnost kolonizace kořenů společenstvem AMH. Výsledky ukazují, že složení společenstva AMH je ovlivněno především počátečním inokulem, přičemž změny půdy a klimatu mají mnohem menší vliv. Úroveň kolonizace kořenů byla významně ovlivněna půdou a klimatem, ale ne původem společenstva. Studie tak ukazuje, že společenstva AMH jsou odolná, udržují si složení a přizpůsobují kolonizaci kořenů novým podmínkách, a poskytuje poznatky o reakcích mykorhiz na změny prostředí.

 Spolupracující subjekt: Northern Arizona University

• Janoušková M., Remke M., Johnson N. C., Blažková A., Rydlová J., Kolaříková Z. & Bowker M. A. 2023: Transferred communities of arbuscular mycorrhizal fungal persist in novel climates and soils. Soil Biology & Biochemistry 187, 1 – 13. doi:1016/j.soilbio.2023.109190

Jedna z pokusných lokalit v severní Arizoně, kde byl realizován transplantační pokus s trávou Bouteloua gracilis a půdními mikrobiálními společenstvy (lokalita Blue Chute, Southwest Experimental Garden Array).

 

2022

1/ Vyladění mykorhizní cesty příjmu živin u čiroku závisí na dostupnosti dusíku a fosforu i identitě houby

Popsali jsme na gradientech dostupnosti dusíku a fosforu rozdíly mezi dvěma běžnými druhy arbuskulárně mykorhizních (AM) hub ve způsobu dodávání živin hostitelské rostlině. Fyziologické parametry rostlin a exprese rostlinných genů pro příjem amonných a fosfátových iontů ukázaly, že AM houby mohou dodávat rostlině dusík a fosfor jako generalisté (s podobnou efektivitou nezávisle na podmínkách) nebo jako specialisté na určitá typ podmínek, konkrétně nízkou dostupnost fosforu. Studie tak ukázala, jak mohou zdánlivě podobné AM houby působit komplementárně v proměnlivých podmínkách.

• Boussageon R., Marro N., Janoušková M., Brulé D., Wipf D. & Courty P. E. 2022: The fine‐tuning of mycorrhizal pathway in sorghum depends on both nitrogen−phosphorus availability and the identity of the fungal partner. Plant Cell and Environment 45, 3354-3366. doi:0.1111/pce.14426

Generalista (a) dodává obě živiny s podobnou účinností v různých živinových podmínkách, specialista (b) efektivně dodává fosfor, ale zadržuje dusík při nízkých dostupnostech.

---

2/ Metaanalýza vlivu různých druhů a taxonomických skupin arbuskulárně mykorhizních hub na rostliny

Analýza poskytuje komplexní přehled přínosů různých druhů a taxonomických skupin arbuskulárně mykorhizních (AM) hub rostlinám i podklady pro jejich management a využití. AM houby měly výraznější pozitivní vliv na výživu rostlin fosforem než na růst a výživu dusíkem, a podobně pozitivní vliv na rostliny v podmínkách abiotického nebo biotického stresu. Zástupci řádu Diversisporales byli identifikováni jako nejvíce přínosní pro nestresované rostliny, zatímco zástupci Gigasporales pro rostliny v podmínkách biotického stresu.

• Marro N., Grilli G., Soteras F., Caccia M., Longo S., Cofré N., Borda V., Burni M., Janoušková M. & Urcelay C. 2022: The effects of arbuscular mycorrhizal fungal species and taxonomic groups on stressed and unstressed plants: a global meta-analysis. New Phytologist 235, 320 – 332. doi:10.1111/nph.18102

Korelace vlivů jednotlivých druhů AM hub na příjem fosforu rostlinou [P (effect sizes)] a vlivu na její růst [Biomass (effect sizes)].

 

2021

5/ PacBio sekvenování arbuskulárních mykorhizních hub: nový PCR amplikon zahrnující všechny běžně používané barkódovací oblasti ribozomální DNA

Vyvinuli jsme metodiku pro specifickou PCR amplifikaci cca 2.5 kb úseku ribozomální DNA (rDNA) arbuskulárních mykorhizních hub (AMH). Cílový úsek jsme následně sekvenovali na platformě PacBio. Pomocí tohoto postupu se nám podařilo popsat komplexní společenstva těchto významných symbiontů rostlin ve vzorcích DNA z kořenů nebo půdy, provést robustní fylogenetickou analýzu nových linií AMH a scelit informace o rozšíření taxonů AMH pocházející ze tří běžně používaných barkódovacích oblastí rDNA.

• Kolaříková Z., Slavíková R., Krüger C., Krüger M. & Kohout P. 2021: PacBio sequencing of Glomeromycota rDNA: a novel amplicon covering all widely used ribosomal barcoding regions and its applicability in taxonomy and ecology of arbuscular mycorrhizal fungi. New Phytologist 231, 490 – 499. doi:10.1111/nph.17372

Schéma ribozomální DNA, cílový 2.5 kb fragment je znázorněn zeleně. Tři barkódovací oblasti (SSU, ITS and LSU) běžně používané při studiu komunitní ekologie arbuskulárních mykorhizních hub jsou vyznačeny pomocí primerů pro jejich amplifikaci.

---

2/ Význam mykorhizní symbiózy pro příjem fosforu rostlinami vynikne zejména při nedostatku vody v půdě

Při skleníkovém pokusu jsme vojtěšku Medicago truncatula – rostoucí buď v symbióze s arbuskulárními mykorhizními houbami, nebo bez ní – pěstovali po určitou dobu na unikátním 15stupňovém gradientu dostupnosti vody v substrátu (od hojnosti až po silný deficit a stres suchem). Pomocí aplikovaných izotopů fosforu a jejich následné detekce v biomase rostlin jsme zjistili, že mykorhizní houby výrazným způsobem zlepšily okamžitý příjem fosforu rostlinami, zejména při střední vlhkosti nebo za sucha.

• Püschel D., Bitterlich M., Rydlová J. & Jansa J. 2021: Drought accentuates the role of mycorrhiza in phosphorus uptake. Soil Biology & Biochemistry 157, 1 – 11. doi:10.1016/j.soilbio.2021.108243

Schéma pokusu hodnotícího význam mykorhizní symbiózy v příjmu fosforu na gradientu vlhkosti substrátu.

---

3/ Relativní zastoupení druhů arbuskulárně mykorhizních hub ve společenstvech má význam pro fungování mykorhizy

Identita a diverzita symbiotických arbuskulárně mykorhizních (AM) hub má významný vliv na fungování mykorhizy, jen málo se však ví o funkčním významu relativního zastoupení jednotlivých druhů hub. Ukázali jsme v kontrolovaném experimentu s vojtěškou (Medicago truncatula) význam abundance určitých druhů AM hub pro příjem živin a růst rostlin, i tok uhlíku do hub.

• Blažková A., Jansa J., Püschel D., Vosátka M. & Janoušková M. 2021: Is mycorrhiza functioning influenced by the quantitative composition of the mycorrhizal fungal community? Soil Biology & Biochemistry 157, 1 – 10. doi:10.1016/j.soilbio.2021.108249

Experimentálně pěstovaná vojtěška.